[发明专利]一种高性能三醋酸纤维正渗透膜的制备方法

说明书

[技术领域]

本发明属于材料学领域，具体地说是一种高性能三醋酸纤维正渗透膜的制备方法。

[背景技术]

正渗透膜分离技术是利用渗透压差，使溶剂通过选择性半透膜从低渗透压端进入高渗透压端，可实现海水淡化、污水处理、药物释放、食品浓缩等领域的应用。由于其操作过程不需外加压力，具有截留率高、产水质量高、膜污染低、能耗低、浓水排放少等优点，在国内外引起了越来越多的关注与重视。然而正渗透膜的研究仍处于初级阶段，目前唯一进行商品化的正渗透膜，是由HIT公司开发的一种FO膜，其材料为醋酸纤维、三醋酸纤维或二者的混合物，但在正渗透过程中由于其渗透通量低，截盐率不高而限制了其应用。

由于醋酸纤维、三醋酸纤维等作为膜材料具有选择性高、透水量大、加工简单、来源广、成本低、亲水性好、生物兼容性好、不易污染且成膜性好等优点吸引众多学者以此为膜材料进行正渗透膜的研发。但目前以醋酸纤维素类膜材料制备的正渗透膜，很难同时兼顾高通量和高截盐率的特性。如双皮层正渗透膜，在一定程度上可以降低内浓差极化提高渗透通量，但截盐率不高；Wang等制备出的双皮层醋酸纤维正渗透膜通量虽有所提高，但截盐率为58％。(参见KaiYuWang,elal.Double-SkinnedForwardOsmosisMembranesforReduaingInternalConcentrationPolarizationwithinthePorousSublayer[J].Ind.Eng.Chem.Res.2010,49:4824-4831.)。而Nguyen等制备的醋酸纤维素及三醋酸纤维素在一定条件下的共混膜的截盐率高于99.5％，但渗透通量低于10L/(m²·h)(参见ThiPhuongNgaNguyen,etal.Preparationofcellulosetriacetate/celluloseacetate(CTA/CA)-basedmembranesforforwardosmosis[J].J.Membr.Sci.2013,433:49-59)。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种高性能三醋酸纤维正渗透膜的制备方法，该方法工艺流程简单，对设备要求低，制备条件易控制，同时易于进行大批量生产，且有效解决了膜通量和截盐率低等问题。

为实现上述目的设计一种高性能三醋酸纤维正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备铸膜液：所述铸膜液由三醋酸纤维、N-甲基吡咯烷酮、丙酮和乳酸组成，将乳酸加入丙酮、N-甲基吡咯烷酮的二元混合溶剂中，超声1-10min，使之充分混合均匀，然后加入膜材料三醋酸纤维，控制温度30-60℃，机械搅拌溶解，得到均匀的铸膜液；

2)将步骤1)所得的铸膜液于30-60℃下充分脱泡后，在平板玻璃上刮膜；

3)将带有铸膜液薄层的玻璃板浸没于10-50℃的凝胶浴中分相成膜，再在去离子中水浸泡3-8d除去多余溶剂后取出，自然晾干后即得三醋酸纤维正渗透膜。

作为优选，步骤1)中，在所述的铸膜液中，三醋酸纤维的质量百分比为13-18wt.％，丙酮的质量百分比5-25wt.％，乳酸的质量百分比为1-6wt.％，余量为N-甲基吡咯烷酮。

作为优选，步骤3)中，所述凝胶浴为10-50℃的纯水。

作为优选，步骤2)所得膜的厚度由设定的刮膜刀的空隙所控制，所述设定的刮膜刀的空隙为50-120μm。

作为优选，所述三醋酸纤维的质量百分比为18wt.％，所述丙酮的质量百分比15wt.％，所述乳酸的质量百分比为3wt.％，所述N-甲基吡咯烷酮的质量百分比64wt.％，所述设定的刮膜刀的空隙为50μm。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明中采用三醋酸纤维作为膜材料，同时采用了二元溶剂(丙酮、N-甲基吡咯烷酮)，由于N-甲基吡咯烷酮具有良好的溶解性，丙酮具有低沸点、易挥发等特点，该二元溶剂制备出的正渗透膜的支撑层具有较为均匀致密的海绵状结构，可以提升正渗透膜的机械性能；并且三醋酸纤维亲水性好、对环境友好，废弃后易降解，材料容易获得，很大程度上降低了成本。

(2)本发明由于制备过程中制备的较薄正渗透膜(50μm)，不仅可以提高截盐率，同时可以降低内浓差极化提高膜的渗透通量。

(3)本发明通过调节乳酸的添加量及对成膜条件的调控，可以控制所成膜的有效分离层及断面形貌，从而提高渗透水通量及截盐率。